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机械毕业设计课程设计
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箱体夹具设计,机械毕业设计课程设计
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目录 第一章 概述 4 1.1设计夹具的意义 4 1.2 夹具的发展史 9 1.3 机床夹具的作用 10 1.4 机床夹具的分类 10 第二章 夹具的具体结构设计 15 2.1 工件分析 15 2.2 工件的定位方案的设计 16 2.3 工件的夹紧方案的设计 17 2.4 刀具的对刀方案设计 21 2.5 夹具的安装方式及夹具体的结构型式 21 2.6液压系统的设计与计算 24 第三章夹具的相关计算和精度校验 30 3.1定位销的尺寸计算 30 3.2夹紧力的计算 31 3.3加工误差的分析 33 第四章 夹具的安装 36 5.1 夹具的安装顺序 36 5.2 夹具在操作时的注意事项 37 结束语 39 谢辞 41 参考文献 42 nts第一章 概述 1.1 设计夹具的意义 随着科学技术的发展，各种新材料、新工艺和新技术不断涌现，机械制造工艺正向着高质量、高生产率和低成 本方向发展。各种新工艺的出现，已突破传统的依靠机械能、切削力进行切削加工的范畴，可以加工各种难加工材料、复杂的型面和某些具有特殊要求的零件。数控机床的问世，提高了更新频率的小批量零件和形状复杂的零件加工的生产率及加工精度。特别是计算方法和计算机技术的迅速发展，极大地推动了机械加工工艺的进步，使工艺过程的自动化达到了一个新的阶段。 “工欲善其事，必先利其器。” 工具是人类文明进步的标志。自 20 世纪末期以来，现代制造技术与机械制造工艺自动化都有了长足的发展。但工具（含夹具、刀具、量具与辅具等）在不断的革新中，其 功能仍然十分显著。机床夹具对零件加工的质量、生产率和产品成本都有着直接的影响。因此，无论在传统制造还是现代制造系统中，夹具都是重要的工艺装备。 1.2 夹具的发展史 夹具在其发展的 200 多年历史中，大致经历了三个阶段：第一阶段，夹具在工件加工、制造的各工序中作为基本的夹持装置，发挥着夹固工件的最基本功用。随着军工生产及内燃机，汽车工业的不断发展，夹具逐渐在规模生产中发挥出其高效率及稳定加工质量的优越性，各类定位、夹紧装置的结构也日趋完善，夹具逐步发展成为机床 工件 工艺装备工艺系统中相当重要的组成部分。这是夹 具发展的第二阶段。这一阶段，夹具发展的主要特点是高效率。在现代化生产的今天，各类高效率，自动化夹具在高效，高精度及适应性方面，已有了相当大的提高。随着电子技术，数控技术的发展，现代夹具的自动化和高适应性，已经使夹具nts与机床逐渐融为一体，使得中，小批量生产的生产效率逐步趋近于专业化的大批量生产的水平。这是夹具发展的第三个阶段，这一阶段，夹具的主要特点是高精度，高适应性。可以预见，夹具在不一个阶段的主要发展趋势将是逐步提高智能化水平。 1.3 机床夹具的作用 （ 1）保证加工精度 用机床夹具装夹工件，能准确确定工件 与刀具、机床之间的相对位 置关系，可以保证加工精度。 （ 2）提高生产效率 机床夹具能快速地将工件定位和夹紧，可以减少辅助时间，提高生 产效率。 （ 3）减轻劳动强度 机床夹具采用机械、气动、液动夹紧装置，可以减轻工人的劳动强 度。 （ 4）扩大机床的工艺范围 利用机床夹具，能扩大机床的加工范围，例如，在车床或钻 床上使用镗模可以代替镗床镗孔，使车床、钻床具有镗床的功能。 1.4 机床夹具的分类 1按夹具的应用范围分类 （ 1）通用夹具 通用夹具是指结构已经标准化，且有较大适用范围的夹具，例如，车床 用的三爪卡盘 和四爪卡盘，铣床用的平口钳及分度头等。 （ 2）专用机床夹具 专用机床夹具是针对某一工件的某道工序专门设计制造的夹具。专 用机床夹具适于在产品相对稳定、产量较大的场合应用。 （ 3）组合夹具 组合夹具是用一套预先制造好的标准元件和合件组装而成的夹具。组合 夹具结构灵活多变，设计和组装周期短，夹具零部件能长期重复使用，适于在多品种单件小 批生产或新产品试制等场合应用。 （ 4）成组夹具 成组夹具是在采用成组加工时，为每个零件组设计制造nts的夹具，当改换 加工同组内另一种零件时，只需调整或更换夹具上的个别元件，即可进行加 工。成组夹具适 于在多品种、中小批生产中应用。 （ 5）随行夹具 它是一种在自动线上使用的移动式夹具，在工件进入自动线加工之前， 先将工件装在夹具中，然后夹具连同被加工工件一起沿着自动线依次从一个工位移到下一个 工位，直到工件在退出自动线加工时，才将工件从夹具中卸下。随行夹具是一种始终随工件 一起沿着自动线移动的夹具。 2按使用机床类型分类 机床类型不同，夹具结构各异，由此可将夹具分为车床夹具、钻床夹具、铣床夹具、镗 床夹具、磨床夹具和组合机床夹具等类型。 3按夹具动力源分类 按夹具所用夹紧动力源，可将夹 具分为手动夹紧夹具、气动夹紧夹具、液压夹紧夹具、 气液联动夹紧夹具、电磁夹具、真空夹具等。 专用机床夹具的组成 夹具一般由下列元件或装置组成 : （ 1）定位元件 定位元件是用来确定工件正确位置的元件。被加工工件的定位基面与夹 具定位元件直接接触或相配合。 （ 2）夹紧装置 夹紧装置是使工件在外力作用下仍能保持其正确定位位置的装置。 （ 3）对刀元件、导向元件 对刀元件、导向元件是指夹具中用于确定（或引导）刀具相 对于夹具定位元件具有正确位置关系的元件，例如钻套、镗套、对刀块等。 （ 4）连接元件 夹具连接元件是指用 于确定夹具在机床上具有正确位置并与之连接的元 件，例如安装在铣床夹具底面上的定位键等。 （ 5）其它元件及装置 根据加工要求，有些夹具尚需设置分度转位装置、nts靠模装置、工 件抬起装置和辅助支承等装置。 （ 6）夹具体 夹具体是用于连接夹具元件和有关装置使之成为一个整体的基础件，夹具 通过夹具体与机床连接。 定位元件、夹紧装置和夹具体是夹具的基本组成部分，其它部分可根据需要设置。 nts第二章 夹具的具体结构设计 2.1 工件分析 下图所示为箱体的镗孔工序简图。工序要求镗 47H7、 80H7同轴孔系及两端都为 47H7孔系（两组孔系互为 90o ），两组孔系中心距 0.042051。 47H7、 80H7 同轴孔系同轴度为 0.02，表面粗糙度值 aR 为 6.3 m。两端都为 47H7 孔系同轴度为两端都为 47H7孔系 0.04，表面粗糙度值aR为 6.3 m。 先行工序以加工好的表面可作为本工序用的定位基准，即 N端面和直径皆为 30H8 的孔及 M 端面为定位基准。本次设计要一次性加工 1个工件，在底面上进行夹紧。 nts 图 2-1 镗孔工序简图 2.2 工件的定位方案 在加工箱体零件时，常用工件的面及孔作为定位基准，以使基准统一。此时，由 M面、 N面 及和 30H8 相配的销定位。nts这中定位方式简单、可靠、夹紧方便。 根据箱体的结构、工序尺寸、形状和位置精度要求，工件定位时需限制六个自由度。工件的定位基准和夹紧位置在工序图上已经规定，但在拟定定位、夹紧方案时，仍然应对其进行分析研究，考查定位基准的学则是否能满足工件位置精度的要求，夹具的结构能否实现。在镗孔箱体时，工件端面 M在 30H8孔的另一侧，若以次端面为平面定位基准，可以达到与工序基准相重合，但是定位销须设计成活动的销，夹具的结构也较复杂。如果选择与 M面相对的另一 端面为定位基准，则会引起基准不 重合误差。考虑到孔系的定位公差较小，应该优先保证定位误差。夹具结构虽然有点复杂，但只要能保证加工工件的质量要求，还是可以采用的。 在保证尺寸方面，以端面 M和 N为定位基准，可以做到基准重合，为了避免发生不过定位现象，采用一个削边圆柱销做定位元件。工件以两面和一削边销为定位基准，限制了工件的六个自由度，属于完全定位。 2.3 工件的夹紧方案设计 一、 对夹紧装置的基本要求 机械加工过程中，为保持工件定位时所确定的正确位置，防止工件在切削力、惯性力、离心力及重力等作用下发生位移和振动，机床夹具应设有夹紧装置，将工件压 紧夹牢。夹紧装置是否合理、可靠及安全，对工件加工的精度、生产率和工人的劳动条件有着重大的影响，为此提出下列基本要求： 1）夹紧过程中，不能改变工件定位后占据的正确位置。 nts 2）夹紧力的大小要适当，既要保证工件在整个加工过程中位置稳定不变、振动小，又要使工件不产生过大的夹紧变形。 3）夹紧装置的自动化和复杂程度应富裕生产类型相适应，在保证生产效率的前提下，其结构要力求简单，便于制造和维修。 4）夹紧装置的操作应当方便、安全、省力。 5）夹紧装置应具有良好的自锁性能，以保证源动力暴动或消失后，仍能保持夹 紧状态。 夹紧的目的是保证工件在夹具中的定位，不致因工时受切削力，重力或伴生离心力，惯性力，热应力等的作用产生移动或振动。 夹紧装置是夹具完成夹紧作用的一个重要的而不可以缺少的组成部分，除非工件在加工过程中所受到的各种力不会使它离开定位时所需确定的位置，才可以设有夹紧装置。夹紧装置设计的优劣，对于提高夹紧的精度和加工作效率，减轻劳动强度都有很大的影响。分析各类夹具的基本功能要求可以将夹紧装置概括为两类：第一类是性能要求，主要指定位唯一性、定位稳定性 ,夹紧稳定性及总体约束；第二类要求是夹具的结构刚性、成本及易操 作性、易于维修等要求。本设计目录中功能项包括夹紧对象特征项、加工信息特征及夹紧要求特征。 夹紧对象特征项目：包括夹紧对象类型、材料、形状、体积、数量、物理特性、磁性、导电性、刚性等信息。 加工信息特征项：加工类型、机加工、装配、检测、焊接nts等、加工参数、切削参数、运动参数、几何参数等。 夹紧要求特征项：主要指性能要求，包括定位要求、定位基准选择，如特征点、特征面。夹紧力大小、夹紧方向、夹紧行程、夹紧松开速率，自锁性等。 元件功能分析：夹紧功能主要包括四种元功能：定位功能、传动功能、执行功能和分度功能等辅助功能 。定位功能由定位元件完成，定位元件按定位面特征分为平面定位元件、圆孔定位元件、外圆定位元件。传动功能由中间递力机构完成，该机构一般有三个作用；改变作用力的力一向、大小和自锁作用。目前常用的有以下机构：斜楔机构、螺旋机构、圆偏心机构、杠杆铰链机构、连杆机构、联动机构、对中机构、定心机构等。 设计夹紧装置时 ,应满足下述主要要求： 1.夹紧装置在对工件夹紧时，不应破坏工件的定位 ,为此，必须正确选择夹紧力的方向及着力点。 2.夹紧力的大小应该可靠，适当，要保证工件在夹紧后的变形和受压表面的损伤不致超出允许的范围。 3.夹紧装置结构简单合理，夹紧动作要迅速，操作方便省力，安全。 4.夹紧力或夹紧行程在一定范围内可进行调整和补偿。 二、夹紧力的确定 确定夹紧力的方向、作用点和大小时，应依据工件的结构nts特点、加工要求，并结合工件加工中的受力状况及定位元件的结构和不止方式来确定。 夹紧力的方向 夹紧力的方向应有住与定位正顶，且主夹紧力应朝向主要限位基面。如图 2-3所示：夹紧力JF直接朝向限位基面 支承板上面。 图 2-3 夹紧力 F 夹紧力的作用点 夹紧力的方向确定后，应根据下述原则确定作用点的位置： 1）夹紧力的作用点应落在定位元件的支承范围内。 nts2）夹紧力的作用点应落在工件刚性好的方向和部位。 3）夹紧力的作用点应靠近工件的加工表面。 根据工件定位方案，可以考虑夹紧力的作用点及方向采用装配图中所示的方法（图 2-3）。工件以 两面定位方式在支承板上，然后通过一活动削边插销插入，限制工件六个自由度，右旋压紧螺钉即可夹紧，左旋压紧螺钉即可拧松。 2.4 对刀具的对刀或导引方案 对刀元件主要由镗套、衬套及支座组成，用以确定夹具和刀具的相对位置，用，螺钉，销钉将支座及镗套固定在夹具体上。 镗套的材料为 20 钢，渗碳深度为 0.8-1.2mm，淬火硬度为55-60HRC。 衬套尺的材料为 T8，淬火硬度为 55-60HRC。 2.5 夹具在机床上的安装方式以及夹具体的结构型式 一、夹具在机床上的安装，一般有两种形式，一种是安 装在机床工作台上（如铣床、镗床、钻床等）；另一种是安装在机床的回转主轴上（如车床、磨床等）。本夹具安装在在机床工作台上，通过螺钉与机床工作台 T形槽夹紧。 nts 图 2-4 耳座 镗床夹具与工作台的连接部分 称为耳座，因连接要牢固稳定，故夹具上耳座两边的表面要加工平整，为此常在该处做一凸台，以便于加工，为提高铣床夹具在机床上安装的稳固性，除要求夹具体具有足够的强度和刚度外，还应使被加工表面尽量靠近工作台面，以降低夹具的重心。因此，夹具体的高宽比限制在 1-1.25之间。 二、夹具体是将夹具上的各种装置和元件连接成一个整体的基础件。它通常是夹具上体积最大和结构最复杂的零件。设计夹具体是应注意以下几点： 1.应有良好的加工精度和尺寸稳定性 夹具体上的重要平面，如安装定位元件的表面、安装对刀或定位元件的表面以及夹具体的 安装基面（与机床相连接的表面）等，应具有较高的尺寸、形状和相互位置精度，并使其精nts度保持良好的稳定性。为此，夹具体毛坯应作响应的时效或退火处理，必要时，在粗加工后，还应进行二次时效处理。 2.应具有足够的强度和刚度 加工过程中，夹具体要承受较大的切削力和夹紧力，为包乘夹具体不产生不允许的变形和震动，夹具体应有足够的强度和刚度。因此需选择合适的材料，适当的壁厚。焊接和铸造夹具体常设置加强筋。在不影响工件装卸的情况下，采用框形结构的夹具体具有较高的强度和刚度。 3.有良好的制造工艺性和使用性 按照单间生产的工艺特 点，夹具体的结构应力求简单，制造工艺性要好。 对于加工时产生大量切屑的夹具体来说，在夹具体上应考虑排屑结构，在夹具结构上也应考虑足够的排屑空间，以便于清除落在定位元件上的少量切屑，确保定位的可靠。 当夹具的重量较大是，应在夹具体上设置供起吊用的装置（如吊环螺钉等）。 4.应保证夹具安装在机床上稳定可靠 夹具在机床上的安装，一般都是通过夹具体上的安装基面与机床上相应的表面的接触或配合来实现的。当采用机床工作台安装夹具时，其夹具的重心应尽量低，重心越高则支承面应越大。夹具体底面中部一般应挖空，四周与机床工作台接 触，nts以保证安装稳定可靠，为了找正夹具在机床上位置常在夹具体的侧面设置一窄长的找正基准面。 第三章 夹具精度的校验 3.1 定位销尺寸计算 （ 1）确定削边定位销的尺寸 b 查表 2-1， b=4mm。 表 2-1 削边销尺寸 D2 3-6 6-8 8-20 20-40 b 2 3 4 5 B D2 -0.5 D2 -1 D2 -2 D2 -4 （ 4）计算菱形销的最小间隙 b=5mm Dmin2=30mm TLD=0.2mm TLd=0.06mm 按 Xmin2=min2)(DTTb LdLD 计算得 Xmin2=0.05mm （ 5）确定削边销基本尺寸2d及公差 nts 1）按公式max2d=min2D-min2X算出菱形销的最大直径 max2d=（ 30-0.05） mm =29.95mm 2）确定菱形销的公差等级，一般取 IT7或 IT6 因 IT7=0.028mm 故2d= 130.050.078mm 3.2 夹紧力的计算 计算夹紧力时，通常是把夹具体和工件看成是一个刚性系统。根据工件所受的切削力、夹紧力（大型工件应考虑工件重力、惯性力）的作用状况，找出加工中对夹紧最不利的状态，按静力平衡原理计算出理论夹紧力，再乘以安全系数作为实际夹紧力。即 式中 实际所需夹紧力（ N） F 理论夹紧力（ N） K 安全系数 在精加工时， K取 1.5。 在一面两孔定位中，理论夹紧力的计算公式为 式中 P为机床切削力 P0为圆柱销所受部分切削力 FKFK KF)( 0PPF nts 为工件与限位基面之间的摩擦力 由表 3-1得： =0.15。 表 3-1 摩擦系数的选用 摩擦条件 工件为加工过的平面 0.15 工件为未加工过的毛坯表面，固定支承为球面 0.2-0.25 夹紧元件和支承表面 有齿纹，并在较大相互作用力下工作 0.7 为防止圆柱销受力而造成不必要的定位误差，而令 P0为 0。则 选取镗床的背吃刀量 =2mm，每转进给量 f=0.5mm/r。因待加工工件为钢材，故单位切削力 P=2000 则镗床的切削力 =2000*2*0.5 =2000（ N） 故 F=2000/0.15=13（ KN） FK=13*1.5=19.5（ KN） 结论 本夹具所需实际夹紧力为 30KN。 3.3 夹具加工误差的分析 使用夹具加工时产生的误差有下列四个方面： 1与工件定位有关的误差 定位误差 D 15.0PF papR PfaF nts2与夹具在机床上安装有关的误差 安装误差 A 3与刀具调整有关的误差 T 4与加工过程有关的误差 G D+ T+ A+ G k 上式即为定位误差不等式。 A： 定位误差 基准重合： B =0 D= Y= D+ d+xmin D=0.015（ mm） B： 夹具在铣床上安装的不准确并不影响加工槽的位置尺寸，所以 A 可不考虑。 C：加工方法有关误差 对刀块的制造与对刀调整误差铣刀的跳动，机床工作台的倾斜等因素所引起的加工方法误差，可根据生产经验并参照经济加工精度进行确定。今取 0.05mm. 综上所述： = D+ A+ T+ G =0.065mm k =0.1mm 此夹具满 足加工要求。 nts第四章 夹具的安装 4.1 安装顺序 当夹具的各个零件生产出来后，就要对它进行安装。安装夹具看起来是非常简单的事情，但是不同的人安装同样的夹具，其安装的夹具误差都不一样。 (从瑞士手表的安装准确度，其秒针走时误差一年相隔一秒与一星期相隔一秒的例子得启示 )公司有专人安装夹具的队伍，在某些程度上提高了安装精度。在安装夹具的过程中要注意一些 事项： (1)先把各个衬套压入支座内，再安上镗套，组装成部分 ; (2)以平衡的方式把压板和夹具体以两个定位削定位，接着依次上安上螺钉。 (3)把组装好的支座部 件安上夹具体。 (4)安装 T型槽快换螺栓，将夹具体固定在镗床工作台上。 4.2 夹具在操作时应注意的事项 现代化生产要想有好的经济效益，必须提高劳动生产率而影响生产率的因素很多 ,金属加工中一个重要的影响因素就是工件在夹具上的装夹。夹具设计依据的原则是简捷、实用、快速、可靠。这里的“快速”指的就是快速装夹。根据工件的种类、结构特征的不同，可采用不同的形式。合理的装夹形式不但能达到快速、高效的目的而
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